CN101387597A - 拉应力下混凝土水渗透性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉应力下混凝土水渗透性测试装置及测试方法，装置由上下两块钢板组成，在上下钢板的四角处各设有一个孔，在中心处呈十字交叉的设有四个小孔，在上钢板的中心处还设有一个中心孔，中心孔设有台阶，下部孔的直径与试样上预留的盲孔的直径相等，上部孔的直径和可拆卸铜管的直径匹配，上下钢板由四根钢柱连接，上下两钢板能够延钢柱平行移动，在钢柱上还套有弹簧，弹簧位于上下两钢板之间，在上钢板的中心孔与一可拆卸铜管连接。方法为：将混凝土试样装配到混凝土水渗透性测试装置上，将电阻应变仪接到应变片上，通过抗渗仪调节水压力，在不同的时间间隔内测量集水区的渗流量；然后换另一组具有不同特征参数的弹簧，重复测试步骤。

Description

拉应力下混凝土水渗透性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及到受拉应力状态下混凝土水渗透性试验，特别涉及一种既能使混凝土处于持续受拉状态，又能提供不同压力水平的水压力的实验检测方法及装置。

背景技术

几乎所有的混凝土结构都承受荷载，而荷载又是造成混凝土内部微裂缝不断扩展导致材料宏观裂缝出现，造成混凝土结构破坏的重要因素，所以研究混凝土在应力作用下的耐久性是很有实际意义的。国内外很多学者都对压应力作用下混凝土的渗透性能进行了研究，认为压应力对混凝土渗透性影响很大，会明显增大混凝土的渗透性。

但在实际工程中混凝土结构不仅受到压应力作用而且也受拉应力作用，而现阶段还鲜有人研究拉应力状态下混凝土渗透性能的设备。现有的研究多以对试样施加荷载后再卸载，然后用传统的测试流量的方法来表征试样的渗透性能。可是在这样的情况下，存在着一个裂缝闭合的过程，这个过程对混凝土渗透性能的影响很大，但在试验中是无法表征的。此外，试验大多数针对空气或者氯离子渗透这些短时间内能完成的试验进行，即便是水渗透试验往往也只持续数小时就结束。但是众所周知水在混凝土等水泥基材料中的渗透是一个变化的过程，随着渗透时间的增加渗透性会发生变化，所以水的渗透试验通常需要持续较长时间。所以作者设计一种既可以长时间保持应力又可以长时间测量混凝土拉应力状态下渗透性的装置。

发明内容

为了解决现有技术中存在的无法在持续的拉应力状态下研究水渗透性能的缺点，本发明提供了一种拉应力下混凝土水渗透性的测试装置及检测方法，可以解决混凝土结构在受拉应力作用时的渗透性评价。

本发明的技术方案为：一种拉应力下混凝土水渗透性测试装置，所述的装置由上下两块钢板组成，在上下钢板的四角处各设有一个孔，在中心处呈十字交叉的设有四个小孔，各个小孔距离中心的距离相等，在上钢板的中心处还设有一个中心孔，中心孔设有台阶，下部孔的直径与试样上预留的盲孔的直径相等，上部孔的直径和可拆卸铜管的直径匹配，上下钢板由四根钢柱连接，钢柱的一端设有螺纹和相应的螺帽配合，上下两钢板能够延钢柱平行移动，在钢柱上还套有弹簧，弹簧位于上下两钢板之间，在上钢板的中心孔与一可拆卸铜管连接。

所述的拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，步骤为：

第一步，制作混凝土试样，将混凝土试样模具放在下钢板上，使下钢板中心处呈十字交叉的四个孔均匀分布于管面的中心处，将四个预埋螺栓预先放置于下钢板的四个孔内，拧上螺帽保证四个螺栓埋入混凝土试样的深度相同，混凝土采用分层振捣的方式成型，并在混凝土试样中轴线处埋入长度为200mm，直径为15mm的不锈钢管，预制一个盲孔，在混凝土成型到2/3高度时四个预埋螺栓埋入试样中同样深度，将四根钢管插入下钢板四角的四个孔，将上部成型钢板对齐放在混凝土试样上，将埋入的四根螺栓调整位置，使上部成型钢板上的四根螺栓与下钢板上的螺栓处于同一轴线上，混凝土成型一天后拆模，将上成型钢板拆除，放入室温25±3℃，相对湿度90％标准养护室中，养护到一定龄期后拿出；混凝土试样的上1/3处和下1/3处以PVC管和环氧树脂密封，以避免施加应力过程中，混凝土试样上下端应力集中对测量造成不良影响。混凝土试样的底面用环氧树脂密封，以保证试样只有侧面渗水，避免试样下表面螺栓埋入造成的缺陷对测量引起的误差。为了使试样上表面平整且达到防水的效果，将混凝土试样的上表面用环氧树脂进行密封，并且在试样预留的盲孔周围粘上橡胶圈以达到密封和防水的效果。

第二步，将混凝土试样装配到混凝土水渗透性测试装置上，将四根钢管插入下钢板四角的四个孔内，并将四根具有相同特性参数的弹簧置于其上，套上上钢板，使上钢板上的中心孔对准混凝土试样上的盲孔，拧紧钢管上的螺帽，对弹簧施加压力使上钢板与混凝土试样上表面紧密接触；将预埋在混凝土试样上表面中部的四根预埋螺栓拧上螺帽，将混凝土试样固定在上下两块钢板之间；

第三步，在混凝土试样的中部贴上三个应变片，将电阻应变仪接到应变片上，读出此时的应变值，将电阻应变仪调零，然后将四角处的四根钢管上的螺帽拧松，拉力通过中部的四根预埋螺栓加到试样上，待稳定后，读出此时的应变值；

第四步，将可拆卸铜管拧到上钢板上和混凝土试样上的盲孔对应的中心孔内，通过抗渗仪调节水压力，在不同的时间间隔内测量集水区的渗流量；

第五步，然后换另一组具有不同特征参数的弹簧，重复测试步骤即可得到在另一拉应力下的测试数据。

原理如下：通过六角螺栓将待测混凝土试样连接在两平行的钢板之间，试样中心预留一定深度的盲孔，两块平行的钢板可以在四根钢管间移动，通过钢板之间四根具有相同特征参数的压弹簧向两平行钢板持续施加向外的压力，然后压力通过混凝土试样上下两端的预埋螺栓对混凝土试样作用拉应力，这样就能使混凝土试样处于持续受拉状态。根据弹簧的材料尺寸参数可以计算弹簧的特征参数，根据弹簧压缩的长度可以计算弹簧所施加作用力的大小，而采用不同特征参数的弹簧就可以得到不同的拉应力。在混凝土试样中部贴上应变片，可以读出不同拉力作用下的应变值以确定实际加载在试样上的应力。在钢板上预留一个和抗渗仪连接的盲孔，可以将混凝土试样中预留的盲孔注满水，通过抗渗仪可以对混凝土施加不同压力的水压。在不同时间间隔内，测量混凝土侧面的渗流量，就能够评价在不同拉应力和不同水压下的混凝土试样的渗透性能了。

混凝土试样一般采用高为300mm、直径为150mm的圆柱体。

有益效果：1.本发明提供的一种拉应力下混凝土水渗透装置，既可以对混凝土施加持续的拉力，又可以改变水压力，通过测试渗透流量，可以很方便的得出混凝土在不同拉应力下的水渗透性的评价。

2.通过对弹簧特征参数的确定及弹簧压缩量的测量来衡量对混凝土试样所施加应力的大小，而且通过在试样上贴应变片的方式，可以计算出实际加载的应力。3.将混凝土试样的上下各1/3部分用PVC管和环氧树脂密封，避免了施加应力过程中，混凝土试样上下端应力集中对测量造成不良影响。

4.将混凝土试样的底部用环氧树脂密封，保证了试样只有侧面渗水，可以避免试样下表面螺栓埋入造成的缺陷对测量引起的误差，保证了混凝土试样受力的均匀及流量测量的准确性。

5.将试样上表面上用环氧树脂进行封涂保证了上表面的平整，并且可以达到防水的效果，在试样的盲孔的孔口周围使用橡胶圈可以达到密封和防水的效果。

6.可以通过使用具有不同特征参数的弹簧来得到不同的拉应力，可以很方便的测量不同拉应力对混凝土水渗透的影响。

附图说明

图1为混凝土试样测试状态图。

图中1.铜管，2.弹簧，3.混凝土试样，4.预埋螺栓，5.积水盘，6.预留孔道，7.钢管，8.下钢板，9应变片，10.橡胶圈，11.上钢板。

图2为上钢板示意图。

图3为上钢板的A-A面示意图。

图4为上成型钢板示意图。

图5为上成型钢板A-A面示意图。

图6为下钢板示意图。

具体实施方式

实施例1

参照图1～6对本发明做出说明。

第一步，制作混凝土试样：采用圆形的市政PVC管，长度为300mm，管的直径为150mm，作为制作混凝土试样的套模，将PVC管贴在下钢板上8，使下钢板8中间四个孔均匀分布于管面的中心处，将四个预埋螺栓预先放置于下钢板8的四个孔内，拧上螺帽保证四个预埋螺栓埋入混凝土试样的深度相同。混凝土试样采用分层振捣的方式成型，并在混凝土中埋入长度为200mm，直径为15mm的不锈钢管，预制一个盲孔。在混凝土成型到2/3高度时埋入四个同样深度的预埋螺栓。将四根钢管插入下钢板8的四角的四个孔，将如图4、5所示的上成型钢板对齐放在混凝土上，将埋入的四根螺栓调整位置，使上下螺栓尽量处于同一轴线上。上成型钢板的形状和上钢板8的形状类似，只是中心孔为通孔，直径和混凝土试样的盲孔直径相等。混凝土试样成型一天后拆模，按实验标准GB/T50081-2002的要求，在20℃，相对湿度90％的环境中养护到一定龄期后拿出。龄期根据不同实验要求确定。为避免施加应力过程中，混凝土试样上下端应力集中对测量造成不良影响，用PVC管和环氧树脂将试样上下1/3部分密封；为了保证试样只有侧面渗水，避免试样下表面螺栓埋入造成的缺陷对测量引起的误差，将试样的底面用环氧树脂进行密封。为了使试样上表面平整且达到放水的效果，将混凝土试样的上表面用环氧树脂进行密封，并且在试样预留孔道周围粘上橡胶圈以达到密封和防水的效果。

第二步，将混凝土试样装配到混凝土水渗透性测试装置上：将四根钢管插入下钢板四角的四个孔内，并将四根具有相同特征参数的弹簧置于其上，将积水盘5套于混凝土试样中部，套上上钢板11，拧紧四根钢管上的螺帽，对弹簧施加压力使上钢板11与试样3上表面紧密接触。将预埋在试样上表面的四根预埋螺栓也拧上螺帽，将混凝土试样固定在上下两块钢板之间。

第三步，在混凝土试样的中部贴上三个应变片，将电阻应变仪接到应变片上，读出此时的应变值，将电阻应变仪调零。然后将四角处的四根钢管上的螺帽拧松，使得拉应力通过预埋螺栓持续的加到试样上。稳定一段时间后，读出此时的应变值。

第四步，将铜管1拧到上钢板11上，和混凝土试样上的盲孔对应的孔内，通过抗渗仪调节水压力，在不同的时间间隔内测量混凝土试样中部积水盘内集水区的渗流量；

第五步，然后换另一组具有不同特征参数的弹簧，重复测试步骤即可得到在另一拉应力下的测试数据。也就是将弹簧换好后，重新将上钢板套上，拧紧四根钢管上的螺帽，对弹簧施加压力使上钢板与试样表面紧密接触，将预埋在试样上表面的四根预埋螺栓也拧上螺帽，将混凝土试样固定在上下两块钢板之间。后面和第四步和第五步一样，这样就可以通过具有不同特征参数的弹簧得到不同的拉应力了，再通过调整抗渗仪的水压，就可以方便的测出在不同拉应力下不同水压对混凝土的影响了。若要测试不同水胶比的混凝土试件的性能时候可以重新制作混凝土试件，重复步骤一到五即可得到不同水胶比下的性能参数了。

使用本发明的装置，在1MPa水压下，测量不同水胶比(W/b)混凝土试件在不同拉力水平下的渗透系数(K)。通过对弹簧刚度系数(k)的计算，和加载时弹簧压缩(Δl)长度的测量，确定弹簧对试件加载的拉应力(F)；通过对试件应变值(ε)和弹性模量的测量，确定试件实际承受的拉应力(F_t)；其结果如表1.1、1.2、1.3所示。

表1.1 W/b＝0.4的试件拉力作用下的试验结果

表1.2 W/b＝0.5的试件拉力作用下的试验结果

表1.3 所采用的弹簧参数

 

F/(MPa)	0	0.5	1.0	1.5
					k/(N/mm)	0	22.1	40.1	55.2
Δl/(mm)	0	100	110	120

证明该设备可以测试出不同拉应力下的混凝土渗透性能。

Claims (7)

1.一种拉应力下混凝土水渗透性测试装置，其特征在于所述的装置由上下两块钢板组成，在上下钢板的四角处各设有一个孔，在中心处呈十字交叉的设有四个小孔，各个小孔距离中心的距离相等，在上钢板的中心处还设有一个中心孔，中心孔设有台阶，下部孔的直径与试样上预留的盲孔的直径相等，上部孔的直径和可拆卸铜管的直径匹配，上下钢板由四根钢柱连接，钢柱的一端设有螺纹和相应的螺帽配合，上下两钢板能够延钢柱平行移动，在钢柱上还套有弹簧，弹簧位于上下两钢板之间，在上钢板的中心孔与一可拆卸铜管连接。

2.采用如权利要求1所述的拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，步骤为：

第一步，制作混凝土试样，将混凝土试样模具放在下钢板上，使下钢板中心处呈十字交叉的四个孔均匀分布于管面的中心处，将四个预埋螺栓预先放置于下钢板的四个孔内，拧上螺帽保证四个螺栓埋入混凝土试样的深度相同，混凝土采用分层振捣的方式成型，并在混凝土试样中轴线处埋入长度为200mm，直径为15mm的不锈钢管，预制一个盲孔，在混凝土成型到2/3高度时四个预埋螺栓埋入试样中同样深度，将四根钢管插入下钢板四角的四个孔，将上部成型钢板对齐放在混凝土试样上，将埋入的四根螺栓调整位置，使上部成型钢板上的四根螺栓与下钢板上的螺栓处于同一轴线上，混凝土成型一天后拆模，将上成型钢板拆除，放入室温25±3℃，相对湿度90％标准养护室中，养护到一定龄期后拿出；

第二步，将混凝土试样装配到混凝土水渗透性测试装置上，将四根钢管插入下钢板四角的四个孔内，并将四根具有相同特性参数的弹簧置于其上，套上上钢板，拧紧钢管上的螺帽，对弹簧施加压力使上钢板与混凝土试样上表面紧密接触；将预埋在混凝土试样上表面中部的四根预埋螺栓拧上螺帽，将混凝土试样固定在上下两块钢板之间；

第三步，在混凝土试样的中部贴上三个应变片，将电阻应变仪接到应变片上，读出此时的应变值，将电阻应变仪调零，然后将四角处的四根钢管上的螺帽拧松，拉力通过中部的四根预埋螺栓加到试样上，待稳定后，读出此时的应变值；

第四步，将可拆卸铜管拧到上钢板上和混凝土试样上的盲孔对应的孔内，通过抗渗仪调节水压力，在不同的时间间隔内测量集水区的渗流量；

第五步，然后换另一组具有不同特征参数的弹簧，重复测试步骤即可得到在另一拉应力下的测试数据。

3.如权利要求2所述的使用拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，混凝土试样的上1/3处和下1/3处以PVC管和环氧树脂密封。

4.如权利要求2所述的使用拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，混凝土试样的底面用环氧树脂密封。

5.如权利要求2所述的使用拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，混凝土试样的上表面用环氧树脂密封。

6.如权利要求2所述的使用拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，混凝土试样的盲孔的孔口周围以橡胶圈密封。

7.如权利要求2所述的使用拉应力下混凝土水渗透性测试装置的测试方法，其特征在于，混凝土试样为圆柱体。

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